運動状態測定装置及び生体測定装置
【課題】運動する利用者の生体インピーダンスを算出し、その生体インピーダンスの変化を利用することにより、正確かつ簡便に、利用者の運動状態をリアルタイムに測定する運動状態測定装置及び生体測定装置を提供する。
【解決手段】利用者に接触して電流を供給する通電電極と、通電電極から供給されて前記利用者の体内を流れる電流の電圧を取得する測定電極と、通電電極から供給される電流値、及び、測定電極において測定される電圧値から利用者の生体インピーダンスを算出する生体インピーダンス算出部と、所定状態の利用者の第１生体インピーダンス値、及び、所定状態とは別の運動状態の前記利用者の第２生体インピーダンス値に基づいて、運動状態を判別する状態判別部と、を有する。
【解決手段】利用者に接触して電流を供給する通電電極と、通電電極から供給されて前記利用者の体内を流れる電流の電圧を取得する測定電極と、通電電極から供給される電流値、及び、測定電極において測定される電圧値から利用者の生体インピーダンスを算出する生体インピーダンス算出部と、所定状態の利用者の第１生体インピーダンス値、及び、所定状態とは別の運動状態の前記利用者の第２生体インピーダンス値に基づいて、運動状態を判別する状態判別部と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者の運動状態を測定する運動状態測定装置、及び、運動状態とともに生体情報を取得可能な生体測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
健康の維持・向上のため（例えば肥満解消・予防、運動不足の解消）、又は、各種スポーツ競技に向けた筋力向上のためなど、種々の目的で筋力トレーニングなどの運動がしばしば行われている。このような運動として、一例としては、いわゆるスクワットのような膝の屈伸運動を反復継続して行うものがあるが、その目的や運動者の年齢等によっては、適切な速さ、手足の屈伸の大きさ、回数などが異なり、運動者は、適切な運動をそれぞれ心懸けて行う必要がある。しかしながら、運動者自身が適切な運動を心懸けていても、運動を繰り返すうちに、例えば疲労によって、速さが遅くなったり、手足の屈伸が小さくなる場合が生じたり、逆に、無理をして必要以上の速さ及び回数の運動をしたりする場合もある。従って、運動者に対して適切な運動を客観的にサポートするための手段が必要であり、また、運動によって消費される運動エネルギー（消費カロリー）を正確に測定することが求められている。
【０００３】
そのような手段として、近年、種々提案されている体動検出装置（例えば、特許文献１）に使用されるような、３軸式加速度センサを用いれば、反復継続的な運動の回数をカウントでき、さらに、そのカウント値と、年齢や体重等の生体情報を組み合わせることによって、カウント値に応じた運動による消費エネルギーを算出することも可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９１５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加速度センサを用いる場合、前記のような運動の回数をカウントすることは可能であっても、ある理想的な速さで繰り返し運動されているか、十分に大きく屈伸運動が行なわれているか、等については検出することはできない。また、加速度センサでは、体動が発生したか否かを検出できるが、例えば、片足立ちの姿勢を維持するような運動において片足立ちの姿勢を維持できているか否か、身体の体重（重心）を移動させるような運動において所定の体重移動ができているか、というようなことを検出することは不可能である。
【０００６】
その他、ビデオカメラにより撮影した映像をモニタ等で確認しつつ運動を行うようなことも考えられるが、装置が大型化してしまい、高コスト化及びセッティングの煩わしさを避けることができない。
【０００７】
そこで本発明は、運動する利用者の生体インピーダンスを算出し、その生体インピーダンスの変化を利用することにより、正確かつ簡便に、利用者の運動状態をリアルタイムに測定する運動状態測定装置及び生体測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の運動状態測定装置は、利用者に接触して電流を供給する通電電極と、前記通電電極から供給されて前記利用者の体内を流れる電流の電圧を取得する測定電極と、前記通電電極から供給される電流値、及び、前記測定電極において測定される電圧値から前記利用者の生体インピーダンスを算出する生体インピーダンス算出部と、所定状態の前記利用者の第１生体インピーダンス値、及び、前記所定状態とは別の運動状態の前記利用者の第２生体インピーダンス値に基づいて、前記運動状態を判別する状態判別部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の運動状態測定装置は、前記運動状態を含む運動条件を設定する運動設定部を備え、前記状態判別部は、前記利用者について算出される生体インピーダンスと、前記第１生体インピーダンス値及び前記第２生体インピーダンス値と、を比較することにより、前記運動状態が前記運動条件を満たすか否かの判別をすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の運動状態測定装置は、前記利用者に対して、前記運動条件を満たすこと、及び／又は、前記運動条件を満たしていないこと、を告知する告知手段を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の運動状態測定装置は、前記利用者が消費した運動エネルギーを算出する運動エネルギー演算部と、前記運動エネルギー演算部による算出結果を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の運動状態測定装置において、前記運動状態は、膝を曲げた状態であること、腕を曲げた状態であること、及び、片足を上げた状態であること、のうちいずれか１以上を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の運動状態測定装置は、運動状態測定装置の上に載った前記利用者の重量を検知する複数の重量検知部を備え、前記重量検知部のそれぞれの検知結果を比較することによって、前記利用者の体重移動を判別するバランス判別部を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の生体測定装置は、上述のいずれかの運動状態測定装置と、前記利用者の第１生体情報を設定する生体情報設定部と、前記第１生体インピーダンス値又は前記第２生体インピーダンス値、及び、前記第１生体情報に基づいて、第２生体情報を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の運動状態測定装置及び生体測定装置によると、利用者が自身の運動状態をリアルタイムで正確かつ簡便に把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を、利用者の生体インピーダンスを取得して行う運動状態の測定のみならず、利用者の体重の測定や体脂肪率等をも取得することが可能な生体測定装置（運動状態測定装置）に適用した場合の実施形態について、図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、利用者の生体インピーダンスを取得し、これを用いて利用者の運動状態を測定する機能のみを備えていてもよく、以下に説明する実施形態の生体測定装置のうち、体重測定機能や、体脂肪率等の生体情報算出機能を備えていない構成とすることもできる。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る生体測定装置１０の構成を示す分解斜視図、図２は、生体測定装置１０の制御系統を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、生体測定装置１０は、略箱形に形成される本体２０と、本体２０の裏側（底板部材２０ｂの裏側）に突出して設けられて本体２０を支持する脚部６５と、を備える。図１又は図２に示すように、本体２０には、表示部２１と、操作部２２と、フットスイッチ２３と、電極部材３０と、フレーム部材４０と、制御回路１２と、電流発生回路１３と、電圧検出回路１５と、記憶部１４と、演算部１６と、計時部１７と、電源部１８と、ロードセル６０と、増幅回路としてのアンプ７１、７２、７３、７４と、Ａ／Ｄ変換回路８１、８２、８３、８４と、が設けられている。以下に、各部材の詳細な構成について説明する。
【００１９】
本体２０は、樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン共重合体）、ガラス）等を成形してなるカバー部材２０ａと、金属製の底板部材２０ｂを結合させて、扁平の略箱状に形成されている。
【００２０】
図１に示すように、本体２０のカバー部材２０ａの上面には、薄板状の４つの電極部材３０（通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒ）が保持されており、これらはカバー部材２０ａの上面において互いに離間して配置されている。後述のように、通電電極３１Ｌ、３１Ｒは電流発生回路１３に、測定電極３２Ｌ、３２Ｒは電圧検出回路４１５、それぞれ電気的に接続されている。
【００２１】
なお、本実施形態において、電極部材３０は、通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒの計４つを設ける構成としたが、必ずしも４つに限定されることはない。例えば、通電電極と測定電極の機能を兼ね備えた２つの電極によって構成してもよい。反対に、電極部材３０に加え、本体２０と接続コードにより電気的に互いに接続されて利用者が両手でそれぞれ把持可能なグリップ部材に、別の電極部材（手電極）を設けるようにしてもよい。
【００２２】
図２に示すように、制御回路１２には、表示部２１、操作部２２、フットスイッチ２３、記憶部１４、演算部１６、計時部１７、及び、電源部１８が接続されている。
【００２３】
表示部２１は、制御回路１２から送られてくるデータを表示するためのデータ表示手段（表示手段）であって、主として、後述する利用者の運動状態や運動条件（例えば運動時間、運動回数、運動条件を満たすか否かの告知）の外、利用者の各種生体情報や操作方法を表示する。表示部２１としては、一例として、フルドットＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの液晶を用いたものを採用すればよいが、表示部２１と操作部２２とを、例えばタッチパネル機能を備えた液晶表示パネルとして一体的に構成してもよい。
【００２４】
操作部２２は、利用者の生体情報（例えば性別、年齢、身長）の入力や、生体測定装置１０の各種設定（例えば、表示部２１に表示される文字や記号の大きさ等）、さらに、後述の運動条件の設定等を行うためのデータ入力手段（入力手段）である。本実施形態においては、一例として、本体２０の表示部２１の手前側に、３つのボタン式として構成としたが、個数・形状・操作方法・配置位置は特にこれに限られず、例えば、タッチセンサ式、ダイヤル式などを適宜採択してもよい。フットスイッチ２３も入力手段として機能し、同一の生体測定装置１０を利用する利用者が複数存在する場合における利用者別登録キーとして機能したり、生体測定装置１０のオン・オフを切り替えることができるようになっている。利用者によって操作部２２やフットスイッチ２３が操作されると、対応した信号を制御回路１２へ出力する。このような操作によって入力された利用者の生体情報や設定事項は、記憶部１４に記憶させたり、表示部２１に表示されるようになっている。また、前記データを記憶部１４から読み出して表示部２１に表示させたり、記憶部１４にあらかじめ記憶させた運動測定モードを選択したり、測定結果を順次表示させることができる。
【００２５】
計時部１７は、所定時間の経過を計測したり、所定時間が経過しているか否かの判断を行う。なお、本実施形態では、計時部１７は独立の構成要素としているが、計時回路として制御回路１２に一体化された構成とし、制御回路１２自身により所定時間を経過しているか否かの判断を行うようにしてもよい。
【００２６】
電源部１８としては、生体測定装置１０を作動させる電力を供給する電池又は外部電源を利用できるようになっている。
【００２７】
記憶部１４は、ＲＯＭ（不揮発性メモリ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ））、ＲＡＭ（揮発性メモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））などによって構成される記憶手段であり、各種のデータ類を記憶する。このデータ類としては、例えば、制御回路１２による処理において使用される各種データやプログラム、取得された利用者ごとの生体情報などを挙げることができる。上記のようなデータ類の読み込みや書き込みは、制御回路１２によって行われる。
【００２８】
制御回路１２及び演算部１６は、それぞれ集積回路で構成されることが好ましい。さらに、制御回路１２及び演算部１６は別個の集積回路で構成することもできるが、共通の集積回路を用いてもよい。
【００２９】
制御回路１２には、Ａ／Ｄ変換回路８１、８２、８３、８４、及び、増幅回路としてのアンプ７１、７２、７３、７４を介して、重量検知部としてのロードセル６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｃ）が接続されている。
【００３０】
重量検知部は、本体２０に載った利用者による荷重（体重）を測定することができるものであって、図１又は図２に示すように、例えば、荷重をかけると荷重に応じて変形する金属部材からなる起歪体６１と、起歪体６１に貼られる歪みゲージ６３と、からなるロードセル６０を用いればよい。歪みゲージ６３は、ホイートストンブリッジの一部を構成し、利用者の体重による起歪体６１の撓み（伸縮）を、電気抵抗値の変化として捉えることができるものである。
【００３１】
このロードセル６０は、一例として、本体２０において次のように取り付けられる。本体２０を構成するカバー部材２０ａと底板部材２０ｂとの間に、カバー部材２０ａの裏面側と当接させるようにして略板状のフレーム部材４０を設ける。このフレーム部材４０は、例えば金属（アルミニウムなど）のように強度の高い材料で形成し、上面（カバー部材２０ａ側の面）の四隅には、ロードセル６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ）を一つずつ収容して取付可能な取付凹部４１を形成し、さらに、それぞれの取付凹部４１内に脚部６５が挿通可能な円形孔部４２を設ける。一方、底板部材２０ｂには、円形孔部４２に対応する位置に、脚部６５が挿通可能な孔部２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４を設ける。
【００３２】
各ロードセル６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ）の一端には、スペーサ６９を介在させて脚部６５がねじ６７によって取り付けられ、各ロードセル６０の他端は、スペーサ６９を介在させて各取付凹部４１内に対してねじ６７によって取り付けられる。なお、図１では、ロードセル６０ａの取付け前の状態を示すとともに、ロードセル６０ｂ、６０ｃ、６０ｄの取付け後の状態を示すものである。
【００３３】
このように各取付凹部４１に各ロードセル６０が取り付けられたフレーム部材４０を、本体２０を構成するカバー部材２０ａと底板部材２０ｂとの間に設けると、底板部材２０ｂの各孔部２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４から、各ロードセル６０に取り付けられている脚部６５が突出するので、生体測定装置１０は脚部６５において接地することとなる。
【００３４】
これにより、利用者が本体２０の上面に載ったときの荷重により起歪体６１が撓むと、歪みゲージ６３が伸縮して歪みゲージ６３の伸縮に応じた出力値が変化し、その変化を荷重信号出力の変化として体重を測定する。すなわち、演算部１６は、本体２０に荷重がかかっていないときのロードセル６０からの出力値（いわゆるゼロ点）と、荷重がかかったときの出力値と、の差から体重を求め、利用者の体重が測定されるようになっている。このようにして測定された利用者の体重は、記憶部１４において記憶されるとともに、表示部２１において表示されるようになっている。
【００３５】
制御回路１２には、電流発生回路１３及び電圧検出回路１５を介して、通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒがそれぞれ接続されている。
【００３６】
本実施形態においては、４つの電極部材３０のうち、表示部２１側の２つの電極部材３１Ｌ、３１Ｒを通電電極、他方側の電極部材３２Ｌ、３２Ｒを測定電極としている。通電電極３１Ｌ、３１Ｒには電流発生回路１３が接続され、制御回路１２からの指示信号にしたがって所定の微弱な電流が供給されるようになっている。一方、測定電極３２Ｌ、３２Ｒには電圧検出回路１５が接続され、測定電極間の電圧が測定される。このようにして、通電電極から、利用者の身体に電流を流し、その電流経路に発生する電圧を測定電極において測定することができるようになっている。
【００３７】
ここで、測定可能な電圧としては、利用者が行う種々の運動状態を正確に測定できるようにするため、例えば以下のように測定することができる。（１）例えばスクワットのような膝の屈伸運動を行う場合には、本体２０上に利用者が両足で立った状態で、利用者の一方の足側（例えば通電電極３１Ｒ）から脚部・下腹部を介して他方の足側（例えば通電電極３１Ｌ）へ流れる電流経路において、各足に接触している測定電極３２Ｌ、３２Ｒの間の電圧を測定する。なお、運動状態を測定する場合のみならず、体脂肪率を正確に測定したい場合にも、同様に電圧を測定すればよい。また、（２）例えば腕立て伏せのような運動を行う場合には、本体２０上に利用者が手を突き立て、足は本体２０外についた状態で、利用者の一方の手側（例えば通電電極３１Ｒ）から腕部・胸部を介して他方の手側（例えば通電電極３１Ｌ）へ流れる電流経路において、各手に接触している測定電極３２Ｌ、３２Ｒの間の電圧を測定する。なお、（３）例えば片足立ちの姿勢を維持するような運動を行う場合に、本体２０上に利用者が片足で立った状態では、一方の通電電極（例えば通電電極３１Ｌ）から他方の通電電極（通電電極３１Ｒ）へは電流が流れないので、測定電極３２Ｌ、３２Ｒの間での電圧を測定しても電圧降下はなく、これをもって利用者が片足で立っていると判断することができる。
【００３８】
本実施形態のように、必ずしも、電極部材３１Ｌ、３１Ｒを通電電極、電極部材３２Ｌ、３２Ｒを測定電極として、その機能を固定する必要はない。総ての電極部材３０が通電電極及び測定電極の機能を選択的に変更できるように、電極部材３０と電流発生回路１３又は電圧検出回路１５との接続を切り替え可能な構成としたり、電極部材３０の各々が通電電極及び測定電極の両機能を果たすことができるように、電極部材３０と電流発生回路１３及び電圧検出回路１５とを接続してもよい。このように構成すれば、（４）例えば片足立ちでの膝の屈伸等の運動を行う場合の電圧を測定することも可能となる。
【００３９】
すなわち、接地側の足（例えば通電電極としての電極部材３１Ｌ）からその足の脚部等を介して同一の足（例えば通電電極としての電極部材３２Ｌ）へ流れる電流経路において、その足に接触している測定電極としての電極部材３１Ｌ、３２Ｌの間の電圧を測定することが可能となり、さらに、足が接地していない電極部材の対（例えば電極部材３１Ｒ、３２Ｒ）の間では電圧降下がないことから、これをもって利用者が左右いずれの足で立っているか、を判断することも可能となる。
【００４０】
制御回路１２の制御のもと、前記のように供給した電流値及び測定した電圧値に基づいて、演算部１６は、利用者の生体インピーダンスを求めることができ、この場合に演算部１４は、生体インピーダンス算出部として機能する。このようにして求めた利用者の生体インピーダンスは、記憶部１４に出力されて記録される。
【００４１】
ここで、一方の通電電極から他方の通電電極に至るまでの間に、電流が利用者の身体中をどのような電流経路で流れるかによって、その生体インピーダンスが変化し、測定電極において測定される電圧は異なる値を示す。例えば、本体２０上に利用者が両足で起立した状態で、利用者の一方の足側から脚部・下腹部を介して他方の足側へ流れる電流経路は、利用者が直立姿勢をとっている状態と、膝を曲げている状態とでは異なるため、各状態の生体インピーダンスにも差異があり、異なる電圧が測定される。また、膝を徐々に大きく曲げていくと、生体インピーダンスは徐々に小さく変化するため、測定される電圧もそれに対応して変化する。同様に、利用者の一方の手側から腕部・胸部を介して他方の手側へ流れる電流経路は、利用者が腕を伸ばしている状態と、腕を曲げている状態とでは異なるため、各状態の生体インピーダンスにも差異があり、異なる電圧が測定される。また、腕を徐々に大きく曲げていくと、生体インピーダンスは徐々に小さく変化するため、測定される電圧もそれに対応して徐々に変化する。
【００４２】
したがって、直立姿勢の状態や、膝や腕を所定角度だけ曲げた状態の生体インピーダンスを、利用者の身長や性別等に応じて閾値として設定しておき、この閾値である生体インピーダンスと、実際に膝や腕を屈伸させる運動時にリアルタイムに測定した生体インピーダンスと、を比較することにより、膝や腕を所定角度以上まで曲げているか否か、どの程度大きく曲げているか、どの程度の速さ（ピッチ）で屈伸しているか、何回屈伸したか、を総合的に判別することが可能である。このような比較判別処理は、制御回路１２の制御のもと、状態判別部としての演算部１６が行う。
【００４３】
以上のような状態判別は、運動を開始する前に予め、運動状態を含む運動条件を設定してから行う。ここで、運動状態とは、利用者が行う運動の種類であり、一例としては、スクワットのような膝の屈伸運動、腕立て伏せのような腕の屈伸運動、片足立ちのような所定の姿勢を一定時間維持する運動、などが挙げられる。また、運動条件とは、いかなる運動状態を、いかに継続するか、という条件であって、例えば、運動の目的（例えば肥満解消・予防、運動不足の解消、筋力向上）、屈伸の深さ、継続時間、速さ（ピッチ）、回数等を挙げることができる。運動条件は、少なくとも一部は、記憶部１４に予め記憶されており、例えば、運動開始前に利用者が選択することができるように、表示部２１に表示されるようになっている。利用者は、操作部２２を操作して、表示された運動条件から、行う運動を選択する。これにより、選択された運動に対応する運動条件が記憶部１４から読み出され、状態判別に供される。また、運動条件は、操作部２２を用いて、さらに細かく選択又は設定することもできる。運動条件の設定に際しては、その利用者の年齢・身長・体重・性別等の生体情報に基づいて、運動の目的を達成するために効果的な条件が、自動的に設定されるようにプログラムされているのが好適である。
【００４４】
演算部１６は、利用者の運動状態と、設定された運動条件を比較して、運動条件を満たしているか否かを判別する状態判別部であり、その結果は記憶部１４に記憶される。また、演算部１６は、選択された運動条件、及び、運動条件を満たして運動したか否かのデータに基づいて、利用者が消費したカロリーを演算することが可能であり、その結果は記憶部１４に記憶される。
【００４５】
なお、以上のような、制御回路１２、電流発生回路１３、記憶部１４、電圧検出回路１５、演算部１６、計時部１７、電源部１８、アンプ７１、７２、７３、７４、及び、Ａ／Ｄ変換回路８１、８２、８３、８４、は、図２以外では図示を省略しているが、生体測定装置１０の任意の位置、例えば、カバー部材２０ａの下面や、フレーム部材４０に、適宜配置することができる。
【００４６】
制御回路１２及び演算部１６は、上記のように、電圧検出回路１５及びロードセル６０により取得される電圧値や出力値をアナログ値からデジタル値への変換等を行った上で、体重や生体インピーダンスを求めることの他、入力された生体情報（身長、性別、年齢等）や、体重及び生体インピーダンスなどをパラメータとして、体脂肪率等の生体情報を取得するために予め定められた回帰式に適用して演算する。このような演算によって求める生体情報の種類は、本発明に係る生体測定装置の利用目的に応じて適宜採択すればよいが、例えば、体脂肪率、内臓脂肪レベル（内臓脂肪面積）、体水分量、筋肉量、基礎代謝量、骨量、除脂肪量、体細胞量、血圧、ＢＭＩ（Ｂｏｄｙ Ｍａｓｓ Ｉｎｄｅｘ）、肥満度、細胞内液量、細胞外液量を挙げることができる。上記のようにして取得された生体情報は、記憶部１４に保存される。
【００４７】
さらに、各ロードセル６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ）のそれぞれが検知する歪みを比較することにより、本体２０の上に載った利用者がどの方向に体重をかけているかを判別することができる。この判別処理は、制御回路１２による制御のもと、演算部１６（バランス判別部）で各ロードセル６０における歪みを比較する演算処理を行う。この演算処理を用いると、利用者が片足を上げる動作を含め、本体２０の上で身体のバランスを変える運動を行っているときに、その運動状態を判別することができる。
【００４８】
次に、生体測定装置１０における運動状態の判別及び生体情報の取得の流れの一例について、図３を参照しつつ説明する。図３は、生体測定装置１０を用いた運動状態の判別及び生体情報の取得の流れを示すフローチャートである。
【００４９】
図３は、運動状態の一例としての膝の屈伸運動（スクワット）を行う場合を示しており、屈伸運動の回数が初期設定で設定した回数に至って終了するまでの流れを示している。
【００５０】
フットスイッチ２３等を操作して、生体測定装置１０の起動、個人データの読出し等を経て、運動測定モードを開始すると、表示部２１には、判別可能な運動のリストが表示される。利用者は、操作部２２により、リストから膝の屈伸運動を選択する（ステップＳ１００）。
【００５１】
運動を選択すると、表示部２１には、運動条件の入力案内画面が表示される。利用者は操作部２２（運動設定部）を用いて、膝の屈伸運動の運動条件を設定する（ステップＳ１０１）。図３に示す例では、屈伸の回数（カウント数）を設定する。設定された運動条件は、記憶部１４に記憶される。なお、本発明は、回数以外の条件を設定可能であることはいうまでもなく、例えば、上記の回数に加えて、運動の速さ（ピッチ）を同時に設定してもよい。
【００５２】
つづいて、初期設定として、運動前の状態（所定状態。図３における膝の屈伸運動では膝が伸びた状態）の生体インピーダンス値（第１生体インピーダンス値）、及び、運動状態（図３における膝の屈伸運動では膝を曲げた状態）の生体インピーダンス値（第２生体インピーダンス値）を取得する（ステップＳ１０２）。
【００５３】
所定状態については、通電電極３１Ｌ及び測定電極３２Ｌに左足を、通電電極３１Ｒ及び測定電極３２Ｒに右足を、それぞれ接触させて、本体２０の上で直立姿勢をとり、通電電極３１Ｌ、３１Ｒから電流を供給して、測定電極３２Ｌ、３２Ｒにおいて測定した電圧に基づいて、利用者の生体インピーダンスを取得する。この生体インピーダンス値を、利用者は、操作部２２を用いて、運動前の状態の生体インピーダンス値として設定し、記憶部１４に記憶させる。
【００５４】
運動状態については、その利用者が屈伸運動として十分に深く膝を曲げた状態として設定したい状態まで、膝を曲げたところで静止し、再度、生体インピーダンスの取得を行う。この生体インピーダンス値を、利用者は、操作部２２を用いて、運動状態の生体インピーダンス値（第２生体インピーダンス値）として設定し、記憶部１４に記憶させる。
【００５５】
なお、所定状態は、必ずしも直立状態を意味するものではなく、運動の種類に応じて任意の状態を設定することができる。例えば、図３の膝の屈伸運動の場合、直立姿勢に代えて、膝を曲げきった状態を所定状態に設定してもよい。
【００５６】
つづいて、生体情報の取得を行う（ステップＳ１０３）。体重については、各ロードセル６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ）における起歪体６３の変形を歪みゲージ６５が電気抵抗値の変化として出力し、アンプ７１、７２、７３、７４でそれぞれ増幅した後に、Ａ／Ｄ変換回路８１、８２、８３、８４でそれぞれデジタル信号に変換し、記憶部１４に予め記憶されたプログラムに従って、利用者の体重を算出する。体重以外の対脂肪率等の生体情報については、この運動測定モードにおいては特段取得する必要はないため、その取得処理は行わなくてもよい。
【００５７】
次に、制御回路１２は、運動回数のカウント数をゼロにセットし（ステップＳ１０４）、その後、表示部２１に運動を開始可能であることを示す画面を表示させる（ステップＳ１０５）。利用者は、この画面確認後、運動を開始する。
【００５８】
生体測定装置１０は、運動開始表示後、利用者の生体インピーダンス測定を連続的に行う。連続的に取得された生体インピーダンス値は、計時部１７から取得した測定時間に対応させて、記憶部１４に記憶される。
【００５９】
連続的に取得する生体インピーダンス値が、初期設定で設定済の運動状態の生体インピーダンス値（第２生体インピーダンス値）に至った後、初期設定で設定済の運動前の生体インピーダンス値（第１生体インピーダンス値）に戻った場合には、膝を所定の深さまで１回曲げたものと判別して、カウント数を１だけ増加する（ステップＳ１０６）。これに対して、連続的に取得する生体インピーダンス値が、運動状態の生体インピーダンス値に至らない場合や、それに至った後に運動前の生体インピーダンス値に戻らない場合には、膝を所定の深さまで曲げていないものと判別して、カウント数を増加させない。
【００６０】
なお、カウント数が増えるときと、カウント数が増えないとき、のように運動条件を満たす運動状態か否かを、利用者に対して告知する告知手段を設けると、運動意欲を高めることができ、又は、運動中にその状態をリアルタイムに把握することができるため好ましい。告知手段としては、例えば、効果音や音声アナウンスを発するようなスピーカ部（図に示さず）や、光を発する発光部（図に示さず）を設けてもよいし、表示部２１において表示を行うこと等が挙げられる。
【００６１】
制御回路１２は、運動開始後、カウント数が運動条件設定で定めた目標回数に到達したか否かを判別する（ステップＳ１０７）。目標回数に至らない場合は（ステップＳ１０７でＮＯ）、カウント数の監視を繰り返す。
【００６２】
これに対して、カウント数が目標回数に到達した場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）は、表示部２１に、運動条件が満たされ、目標回数に到達したことが表示される。このとき、制御回路１２は、体重値や総カウント数に基づいて、演算部１６（運動エネルギー演算部）に、利用者が消費した運動エネルギー（消費カロリー）を算出させる（ステップＳ１０８）。ここで、運動エネルギー（消費カロリー）は、運動の種類、回数に応じて算出される。算出プログラムは予め記憶部１４に記憶されている。さらに、制御回路１２は、体重値や算出された運動エネルギー（消費カロリー）を表示部２１に表示させる（ステップＳ１０９）。
【００６３】
図３では、屈伸運動を例に挙げたが、生体測定装置１０では、膝の屈伸運動以外に、例えば、腕の屈伸運動である腕立て伏せ、バランス運動、足上げ運動の測定に用いることができる。利用者は、このような運動について、運動状態をリアルタイムに正確に把握することができる。
【００６４】
例えば腕立て伏せのような運動を行う場合には、本体２０上に利用者が電極部材３０に接触するように手を突き立て、足は本体２０外についた状態で、腕を屈伸すればよく、その他の具体的処理は、前述した膝の屈伸運動の場合と同様に行うことができる。
【００６５】
また、通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒから足を離さずに体重移動を行うバランス運動の場合は、通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒを用いて互いの電極同士が導通していることを監視しつつ生体インピーダンスを取得するとともに、制御回路１２は、各ロードセル６０からの出力値を互いに比較して、出力値の大小によって、本体２０上における利用者のバランスを判別することができる。バランス運動の場合は、例えば、直立姿勢を所定状態とし、最も大きく身体を傾けたときのロードセル６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄからの出力値の分布を運動状態として設定すればよい。
【００６６】
一方、足上げ運動のように、一時的又は連続的に、電極部材３０の一部から足を離す運動の場合は、例えば、両足を通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒに載せて直立した状態を所定状態とし、運動状態については、運動の内容に応じて任意に設定すればよい。また、通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒを用いて、一対の電極同士が導通していることを監視することによって、いずれかの足を上げていることを判別することができる。または、一対の通電電極同士が導通していないことによって、測定電極において電圧降下がなく、生体インピーダンスが算出されないことをもって、少なくとも一方の足が上げられていることを判別するようにしてもよい。
【００６７】
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）運動状態測定装置に載って運動しつつ運動状態を把握することができるため、リアルタイムで正確な運動状態観察を行うことができる。
（２）測定前の設定は利用者自身で簡便に行うことができる。
（３）従来の生体測定装置の機能の一部を利用できるため、低コストかつコンパクトな装置とすることができる。
（４）運動状態を記憶部１４に記憶しておけば、別の機会の運動状態と比較することもできる。
（５）運動状態の測定とともに生体情報の取得も可能であることから、運動の効果を直ちに知ることができる。
【００６８】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、主として床面に接地して使用する運動状態測定装置及び生体測定装置について説明したが、利用者が両手又は片手で把持して持ち上げた状態で使用し、その状態での腕の屈伸運動を測定可能な構成としてもよい。また、上記の実施形態では、重量検知手段としての４つのロードセル６０を、本体２０の四隅に配置する構成を示したが、さらに正確な体重バランスの判別を可能とするために、例えば、本体２０の前後左右にも配置して、計８つのロードセルを設ける構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係る生体測定装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る生体測定装置の体重測定及び生体情報取得に関する制御系統を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る生体測定装置を用いた運動状態の判別及び生体情報の取得の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 生体測定装置（運動状態測定装置）
１２ 制御回路
１３ 電流発生回路
１４ 記憶部
１５ 電圧検出回路
１６ 演算部（生体インピーダンス算出部、状態判別部、バランス判別部、運動エネルギー演算部）
１７ 計時部
１８ 電源部
２０ 本体
２０ａ カバー部材
２０ｂ 底板部材
２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４ 孔部
２１ 表示部
２２ 操作部（運動設定部）
２３ フットスイッチ
３０ 電極部材
３１Ｌ 通電電極
３１Ｒ 通電電極
３２Ｌ 測定電極
３２Ｒ 測定電極
４０ フレーム部材
４１ 取付凹部
４２ 円形孔部
６０ ロードセル（重量検知部）
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ ロードセル
６１ 起歪体
６３ 歪みゲージ
６５ 脚部
６７ ねじ
６９ スペーサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者の運動状態を測定する運動状態測定装置、及び、運動状態とともに生体情報を取得可能な生体測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
健康の維持・向上のため（例えば肥満解消・予防、運動不足の解消）、又は、各種スポーツ競技に向けた筋力向上のためなど、種々の目的で筋力トレーニングなどの運動がしばしば行われている。このような運動として、一例としては、いわゆるスクワットのような膝の屈伸運動を反復継続して行うものがあるが、その目的や運動者の年齢等によっては、適切な速さ、手足の屈伸の大きさ、回数などが異なり、運動者は、適切な運動をそれぞれ心懸けて行う必要がある。しかしながら、運動者自身が適切な運動を心懸けていても、運動を繰り返すうちに、例えば疲労によって、速さが遅くなったり、手足の屈伸が小さくなる場合が生じたり、逆に、無理をして必要以上の速さ及び回数の運動をしたりする場合もある。従って、運動者に対して適切な運動を客観的にサポートするための手段が必要であり、また、運動によって消費される運動エネルギー（消費カロリー）を正確に測定することが求められている。
【０００３】
そのような手段として、近年、種々提案されている体動検出装置（例えば、特許文献１）に使用されるような、３軸式加速度センサを用いれば、反復継続的な運動の回数をカウントでき、さらに、そのカウント値と、年齢や体重等の生体情報を組み合わせることによって、カウント値に応じた運動による消費エネルギーを算出することも可能である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９１５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、加速度センサを用いる場合、前記のような運動の回数をカウントすることは可能であっても、ある理想的な速さで繰り返し運動されているか、十分に大きく屈伸運動が行なわれているか、等については検出することはできない。また、加速度センサでは、体動が発生したか否かを検出できるが、例えば、片足立ちの姿勢を維持するような運動において片足立ちの姿勢を維持できているか否か、身体の体重（重心）を移動させるような運動において所定の体重移動ができているか、というようなことを検出することは不可能である。
【０００６】
その他、ビデオカメラにより撮影した映像をモニタ等で確認しつつ運動を行うようなことも考えられるが、装置が大型化してしまい、高コスト化及びセッティングの煩わしさを避けることができない。
【０００７】
そこで本発明は、運動する利用者の生体インピーダンスを算出し、その生体インピーダンスの変化を利用することにより、正確かつ簡便に、利用者の運動状態をリアルタイムに測定する運動状態測定装置及び生体測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の運動状態測定装置は、利用者に接触して電流を供給する通電電極と、前記通電電極から供給されて前記利用者の体内を流れる電流の電圧を取得する測定電極と、前記通電電極から供給される電流値、及び、前記測定電極において測定される電圧値から前記利用者の生体インピーダンスを算出する生体インピーダンス算出部と、所定状態の前記利用者の第１生体インピーダンス値、及び、前記所定状態とは別の運動状態の前記利用者の第２生体インピーダンス値に基づいて、前記運動状態を判別する状態判別部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の運動状態測定装置は、前記運動状態を含む運動条件を設定する運動設定部を備え、前記状態判別部は、前記利用者について算出される生体インピーダンスと、前記第１生体インピーダンス値及び前記第２生体インピーダンス値と、を比較することにより、前記運動状態が前記運動条件を満たすか否かの判別をすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の運動状態測定装置は、前記利用者に対して、前記運動条件を満たすこと、及び／又は、前記運動条件を満たしていないこと、を告知する告知手段を有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の運動状態測定装置は、前記利用者が消費した運動エネルギーを算出する運動エネルギー演算部と、前記運動エネルギー演算部による算出結果を表示する表示部と、を備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の運動状態測定装置において、前記運動状態は、膝を曲げた状態であること、腕を曲げた状態であること、及び、片足を上げた状態であること、のうちいずれか１以上を含むことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の運動状態測定装置は、運動状態測定装置の上に載った前記利用者の重量を検知する複数の重量検知部を備え、前記重量検知部のそれぞれの検知結果を比較することによって、前記利用者の体重移動を判別するバランス判別部を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の生体測定装置は、上述のいずれかの運動状態測定装置と、前記利用者の第１生体情報を設定する生体情報設定部と、前記第１生体インピーダンス値又は前記第２生体インピーダンス値、及び、前記第１生体情報に基づいて、第２生体情報を算出する演算部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の運動状態測定装置及び生体測定装置によると、利用者が自身の運動状態をリアルタイムで正確かつ簡便に把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を、利用者の生体インピーダンスを取得して行う運動状態の測定のみならず、利用者の体重の測定や体脂肪率等をも取得することが可能な生体測定装置（運動状態測定装置）に適用した場合の実施形態について、図面を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、利用者の生体インピーダンスを取得し、これを用いて利用者の運動状態を測定する機能のみを備えていてもよく、以下に説明する実施形態の生体測定装置のうち、体重測定機能や、体脂肪率等の生体情報算出機能を備えていない構成とすることもできる。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る生体測定装置１０の構成を示す分解斜視図、図２は、生体測定装置１０の制御系統を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すように、生体測定装置１０は、略箱形に形成される本体２０と、本体２０の裏側（底板部材２０ｂの裏側）に突出して設けられて本体２０を支持する脚部６５と、を備える。図１又は図２に示すように、本体２０には、表示部２１と、操作部２２と、フットスイッチ２３と、電極部材３０と、フレーム部材４０と、制御回路１２と、電流発生回路１３と、電圧検出回路１５と、記憶部１４と、演算部１６と、計時部１７と、電源部１８と、ロードセル６０と、増幅回路としてのアンプ７１、７２、７３、７４と、Ａ／Ｄ変換回路８１、８２、８３、８４と、が設けられている。以下に、各部材の詳細な構成について説明する。
【００１９】
本体２０は、樹脂（例えば、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン共重合体）、ガラス）等を成形してなるカバー部材２０ａと、金属製の底板部材２０ｂを結合させて、扁平の略箱状に形成されている。
【００２０】
図１に示すように、本体２０のカバー部材２０ａの上面には、薄板状の４つの電極部材３０（通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒ）が保持されており、これらはカバー部材２０ａの上面において互いに離間して配置されている。後述のように、通電電極３１Ｌ、３１Ｒは電流発生回路１３に、測定電極３２Ｌ、３２Ｒは電圧検出回路４１５、それぞれ電気的に接続されている。
【００２１】
なお、本実施形態において、電極部材３０は、通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒの計４つを設ける構成としたが、必ずしも４つに限定されることはない。例えば、通電電極と測定電極の機能を兼ね備えた２つの電極によって構成してもよい。反対に、電極部材３０に加え、本体２０と接続コードにより電気的に互いに接続されて利用者が両手でそれぞれ把持可能なグリップ部材に、別の電極部材（手電極）を設けるようにしてもよい。
【００２２】
図２に示すように、制御回路１２には、表示部２１、操作部２２、フットスイッチ２３、記憶部１４、演算部１６、計時部１７、及び、電源部１８が接続されている。
【００２３】
表示部２１は、制御回路１２から送られてくるデータを表示するためのデータ表示手段（表示手段）であって、主として、後述する利用者の運動状態や運動条件（例えば運動時間、運動回数、運動条件を満たすか否かの告知）の外、利用者の各種生体情報や操作方法を表示する。表示部２１としては、一例として、フルドットＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）などの液晶を用いたものを採用すればよいが、表示部２１と操作部２２とを、例えばタッチパネル機能を備えた液晶表示パネルとして一体的に構成してもよい。
【００２４】
操作部２２は、利用者の生体情報（例えば性別、年齢、身長）の入力や、生体測定装置１０の各種設定（例えば、表示部２１に表示される文字や記号の大きさ等）、さらに、後述の運動条件の設定等を行うためのデータ入力手段（入力手段）である。本実施形態においては、一例として、本体２０の表示部２１の手前側に、３つのボタン式として構成としたが、個数・形状・操作方法・配置位置は特にこれに限られず、例えば、タッチセンサ式、ダイヤル式などを適宜採択してもよい。フットスイッチ２３も入力手段として機能し、同一の生体測定装置１０を利用する利用者が複数存在する場合における利用者別登録キーとして機能したり、生体測定装置１０のオン・オフを切り替えることができるようになっている。利用者によって操作部２２やフットスイッチ２３が操作されると、対応した信号を制御回路１２へ出力する。このような操作によって入力された利用者の生体情報や設定事項は、記憶部１４に記憶させたり、表示部２１に表示されるようになっている。また、前記データを記憶部１４から読み出して表示部２１に表示させたり、記憶部１４にあらかじめ記憶させた運動測定モードを選択したり、測定結果を順次表示させることができる。
【００２５】
計時部１７は、所定時間の経過を計測したり、所定時間が経過しているか否かの判断を行う。なお、本実施形態では、計時部１７は独立の構成要素としているが、計時回路として制御回路１２に一体化された構成とし、制御回路１２自身により所定時間を経過しているか否かの判断を行うようにしてもよい。
【００２６】
電源部１８としては、生体測定装置１０を作動させる電力を供給する電池又は外部電源を利用できるようになっている。
【００２７】
記憶部１４は、ＲＯＭ（不揮発性メモリ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ））、ＲＡＭ（揮発性メモリ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））などによって構成される記憶手段であり、各種のデータ類を記憶する。このデータ類としては、例えば、制御回路１２による処理において使用される各種データやプログラム、取得された利用者ごとの生体情報などを挙げることができる。上記のようなデータ類の読み込みや書き込みは、制御回路１２によって行われる。
【００２８】
制御回路１２及び演算部１６は、それぞれ集積回路で構成されることが好ましい。さらに、制御回路１２及び演算部１６は別個の集積回路で構成することもできるが、共通の集積回路を用いてもよい。
【００２９】
制御回路１２には、Ａ／Ｄ変換回路８１、８２、８３、８４、及び、増幅回路としてのアンプ７１、７２、７３、７４を介して、重量検知部としてのロードセル６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｃ）が接続されている。
【００３０】
重量検知部は、本体２０に載った利用者による荷重（体重）を測定することができるものであって、図１又は図２に示すように、例えば、荷重をかけると荷重に応じて変形する金属部材からなる起歪体６１と、起歪体６１に貼られる歪みゲージ６３と、からなるロードセル６０を用いればよい。歪みゲージ６３は、ホイートストンブリッジの一部を構成し、利用者の体重による起歪体６１の撓み（伸縮）を、電気抵抗値の変化として捉えることができるものである。
【００３１】
このロードセル６０は、一例として、本体２０において次のように取り付けられる。本体２０を構成するカバー部材２０ａと底板部材２０ｂとの間に、カバー部材２０ａの裏面側と当接させるようにして略板状のフレーム部材４０を設ける。このフレーム部材４０は、例えば金属（アルミニウムなど）のように強度の高い材料で形成し、上面（カバー部材２０ａ側の面）の四隅には、ロードセル６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ）を一つずつ収容して取付可能な取付凹部４１を形成し、さらに、それぞれの取付凹部４１内に脚部６５が挿通可能な円形孔部４２を設ける。一方、底板部材２０ｂには、円形孔部４２に対応する位置に、脚部６５が挿通可能な孔部２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４を設ける。
【００３２】
各ロードセル６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ）の一端には、スペーサ６９を介在させて脚部６５がねじ６７によって取り付けられ、各ロードセル６０の他端は、スペーサ６９を介在させて各取付凹部４１内に対してねじ６７によって取り付けられる。なお、図１では、ロードセル６０ａの取付け前の状態を示すとともに、ロードセル６０ｂ、６０ｃ、６０ｄの取付け後の状態を示すものである。
【００３３】
このように各取付凹部４１に各ロードセル６０が取り付けられたフレーム部材４０を、本体２０を構成するカバー部材２０ａと底板部材２０ｂとの間に設けると、底板部材２０ｂの各孔部２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４から、各ロードセル６０に取り付けられている脚部６５が突出するので、生体測定装置１０は脚部６５において接地することとなる。
【００３４】
これにより、利用者が本体２０の上面に載ったときの荷重により起歪体６１が撓むと、歪みゲージ６３が伸縮して歪みゲージ６３の伸縮に応じた出力値が変化し、その変化を荷重信号出力の変化として体重を測定する。すなわち、演算部１６は、本体２０に荷重がかかっていないときのロードセル６０からの出力値（いわゆるゼロ点）と、荷重がかかったときの出力値と、の差から体重を求め、利用者の体重が測定されるようになっている。このようにして測定された利用者の体重は、記憶部１４において記憶されるとともに、表示部２１において表示されるようになっている。
【００３５】
制御回路１２には、電流発生回路１３及び電圧検出回路１５を介して、通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒがそれぞれ接続されている。
【００３６】
本実施形態においては、４つの電極部材３０のうち、表示部２１側の２つの電極部材３１Ｌ、３１Ｒを通電電極、他方側の電極部材３２Ｌ、３２Ｒを測定電極としている。通電電極３１Ｌ、３１Ｒには電流発生回路１３が接続され、制御回路１２からの指示信号にしたがって所定の微弱な電流が供給されるようになっている。一方、測定電極３２Ｌ、３２Ｒには電圧検出回路１５が接続され、測定電極間の電圧が測定される。このようにして、通電電極から、利用者の身体に電流を流し、その電流経路に発生する電圧を測定電極において測定することができるようになっている。
【００３７】
ここで、測定可能な電圧としては、利用者が行う種々の運動状態を正確に測定できるようにするため、例えば以下のように測定することができる。（１）例えばスクワットのような膝の屈伸運動を行う場合には、本体２０上に利用者が両足で立った状態で、利用者の一方の足側（例えば通電電極３１Ｒ）から脚部・下腹部を介して他方の足側（例えば通電電極３１Ｌ）へ流れる電流経路において、各足に接触している測定電極３２Ｌ、３２Ｒの間の電圧を測定する。なお、運動状態を測定する場合のみならず、体脂肪率を正確に測定したい場合にも、同様に電圧を測定すればよい。また、（２）例えば腕立て伏せのような運動を行う場合には、本体２０上に利用者が手を突き立て、足は本体２０外についた状態で、利用者の一方の手側（例えば通電電極３１Ｒ）から腕部・胸部を介して他方の手側（例えば通電電極３１Ｌ）へ流れる電流経路において、各手に接触している測定電極３２Ｌ、３２Ｒの間の電圧を測定する。なお、（３）例えば片足立ちの姿勢を維持するような運動を行う場合に、本体２０上に利用者が片足で立った状態では、一方の通電電極（例えば通電電極３１Ｌ）から他方の通電電極（通電電極３１Ｒ）へは電流が流れないので、測定電極３２Ｌ、３２Ｒの間での電圧を測定しても電圧降下はなく、これをもって利用者が片足で立っていると判断することができる。
【００３８】
本実施形態のように、必ずしも、電極部材３１Ｌ、３１Ｒを通電電極、電極部材３２Ｌ、３２Ｒを測定電極として、その機能を固定する必要はない。総ての電極部材３０が通電電極及び測定電極の機能を選択的に変更できるように、電極部材３０と電流発生回路１３又は電圧検出回路１５との接続を切り替え可能な構成としたり、電極部材３０の各々が通電電極及び測定電極の両機能を果たすことができるように、電極部材３０と電流発生回路１３及び電圧検出回路１５とを接続してもよい。このように構成すれば、（４）例えば片足立ちでの膝の屈伸等の運動を行う場合の電圧を測定することも可能となる。
【００３９】
すなわち、接地側の足（例えば通電電極としての電極部材３１Ｌ）からその足の脚部等を介して同一の足（例えば通電電極としての電極部材３２Ｌ）へ流れる電流経路において、その足に接触している測定電極としての電極部材３１Ｌ、３２Ｌの間の電圧を測定することが可能となり、さらに、足が接地していない電極部材の対（例えば電極部材３１Ｒ、３２Ｒ）の間では電圧降下がないことから、これをもって利用者が左右いずれの足で立っているか、を判断することも可能となる。
【００４０】
制御回路１２の制御のもと、前記のように供給した電流値及び測定した電圧値に基づいて、演算部１６は、利用者の生体インピーダンスを求めることができ、この場合に演算部１４は、生体インピーダンス算出部として機能する。このようにして求めた利用者の生体インピーダンスは、記憶部１４に出力されて記録される。
【００４１】
ここで、一方の通電電極から他方の通電電極に至るまでの間に、電流が利用者の身体中をどのような電流経路で流れるかによって、その生体インピーダンスが変化し、測定電極において測定される電圧は異なる値を示す。例えば、本体２０上に利用者が両足で起立した状態で、利用者の一方の足側から脚部・下腹部を介して他方の足側へ流れる電流経路は、利用者が直立姿勢をとっている状態と、膝を曲げている状態とでは異なるため、各状態の生体インピーダンスにも差異があり、異なる電圧が測定される。また、膝を徐々に大きく曲げていくと、生体インピーダンスは徐々に小さく変化するため、測定される電圧もそれに対応して変化する。同様に、利用者の一方の手側から腕部・胸部を介して他方の手側へ流れる電流経路は、利用者が腕を伸ばしている状態と、腕を曲げている状態とでは異なるため、各状態の生体インピーダンスにも差異があり、異なる電圧が測定される。また、腕を徐々に大きく曲げていくと、生体インピーダンスは徐々に小さく変化するため、測定される電圧もそれに対応して徐々に変化する。
【００４２】
したがって、直立姿勢の状態や、膝や腕を所定角度だけ曲げた状態の生体インピーダンスを、利用者の身長や性別等に応じて閾値として設定しておき、この閾値である生体インピーダンスと、実際に膝や腕を屈伸させる運動時にリアルタイムに測定した生体インピーダンスと、を比較することにより、膝や腕を所定角度以上まで曲げているか否か、どの程度大きく曲げているか、どの程度の速さ（ピッチ）で屈伸しているか、何回屈伸したか、を総合的に判別することが可能である。このような比較判別処理は、制御回路１２の制御のもと、状態判別部としての演算部１６が行う。
【００４３】
以上のような状態判別は、運動を開始する前に予め、運動状態を含む運動条件を設定してから行う。ここで、運動状態とは、利用者が行う運動の種類であり、一例としては、スクワットのような膝の屈伸運動、腕立て伏せのような腕の屈伸運動、片足立ちのような所定の姿勢を一定時間維持する運動、などが挙げられる。また、運動条件とは、いかなる運動状態を、いかに継続するか、という条件であって、例えば、運動の目的（例えば肥満解消・予防、運動不足の解消、筋力向上）、屈伸の深さ、継続時間、速さ（ピッチ）、回数等を挙げることができる。運動条件は、少なくとも一部は、記憶部１４に予め記憶されており、例えば、運動開始前に利用者が選択することができるように、表示部２１に表示されるようになっている。利用者は、操作部２２を操作して、表示された運動条件から、行う運動を選択する。これにより、選択された運動に対応する運動条件が記憶部１４から読み出され、状態判別に供される。また、運動条件は、操作部２２を用いて、さらに細かく選択又は設定することもできる。運動条件の設定に際しては、その利用者の年齢・身長・体重・性別等の生体情報に基づいて、運動の目的を達成するために効果的な条件が、自動的に設定されるようにプログラムされているのが好適である。
【００４４】
演算部１６は、利用者の運動状態と、設定された運動条件を比較して、運動条件を満たしているか否かを判別する状態判別部であり、その結果は記憶部１４に記憶される。また、演算部１６は、選択された運動条件、及び、運動条件を満たして運動したか否かのデータに基づいて、利用者が消費したカロリーを演算することが可能であり、その結果は記憶部１４に記憶される。
【００４５】
なお、以上のような、制御回路１２、電流発生回路１３、記憶部１４、電圧検出回路１５、演算部１６、計時部１７、電源部１８、アンプ７１、７２、７３、７４、及び、Ａ／Ｄ変換回路８１、８２、８３、８４、は、図２以外では図示を省略しているが、生体測定装置１０の任意の位置、例えば、カバー部材２０ａの下面や、フレーム部材４０に、適宜配置することができる。
【００４６】
制御回路１２及び演算部１６は、上記のように、電圧検出回路１５及びロードセル６０により取得される電圧値や出力値をアナログ値からデジタル値への変換等を行った上で、体重や生体インピーダンスを求めることの他、入力された生体情報（身長、性別、年齢等）や、体重及び生体インピーダンスなどをパラメータとして、体脂肪率等の生体情報を取得するために予め定められた回帰式に適用して演算する。このような演算によって求める生体情報の種類は、本発明に係る生体測定装置の利用目的に応じて適宜採択すればよいが、例えば、体脂肪率、内臓脂肪レベル（内臓脂肪面積）、体水分量、筋肉量、基礎代謝量、骨量、除脂肪量、体細胞量、血圧、ＢＭＩ（Ｂｏｄｙ Ｍａｓｓ Ｉｎｄｅｘ）、肥満度、細胞内液量、細胞外液量を挙げることができる。上記のようにして取得された生体情報は、記憶部１４に保存される。
【００４７】
さらに、各ロードセル６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ）のそれぞれが検知する歪みを比較することにより、本体２０の上に載った利用者がどの方向に体重をかけているかを判別することができる。この判別処理は、制御回路１２による制御のもと、演算部１６（バランス判別部）で各ロードセル６０における歪みを比較する演算処理を行う。この演算処理を用いると、利用者が片足を上げる動作を含め、本体２０の上で身体のバランスを変える運動を行っているときに、その運動状態を判別することができる。
【００４８】
次に、生体測定装置１０における運動状態の判別及び生体情報の取得の流れの一例について、図３を参照しつつ説明する。図３は、生体測定装置１０を用いた運動状態の判別及び生体情報の取得の流れを示すフローチャートである。
【００４９】
図３は、運動状態の一例としての膝の屈伸運動（スクワット）を行う場合を示しており、屈伸運動の回数が初期設定で設定した回数に至って終了するまでの流れを示している。
【００５０】
フットスイッチ２３等を操作して、生体測定装置１０の起動、個人データの読出し等を経て、運動測定モードを開始すると、表示部２１には、判別可能な運動のリストが表示される。利用者は、操作部２２により、リストから膝の屈伸運動を選択する（ステップＳ１００）。
【００５１】
運動を選択すると、表示部２１には、運動条件の入力案内画面が表示される。利用者は操作部２２（運動設定部）を用いて、膝の屈伸運動の運動条件を設定する（ステップＳ１０１）。図３に示す例では、屈伸の回数（カウント数）を設定する。設定された運動条件は、記憶部１４に記憶される。なお、本発明は、回数以外の条件を設定可能であることはいうまでもなく、例えば、上記の回数に加えて、運動の速さ（ピッチ）を同時に設定してもよい。
【００５２】
つづいて、初期設定として、運動前の状態（所定状態。図３における膝の屈伸運動では膝が伸びた状態）の生体インピーダンス値（第１生体インピーダンス値）、及び、運動状態（図３における膝の屈伸運動では膝を曲げた状態）の生体インピーダンス値（第２生体インピーダンス値）を取得する（ステップＳ１０２）。
【００５３】
所定状態については、通電電極３１Ｌ及び測定電極３２Ｌに左足を、通電電極３１Ｒ及び測定電極３２Ｒに右足を、それぞれ接触させて、本体２０の上で直立姿勢をとり、通電電極３１Ｌ、３１Ｒから電流を供給して、測定電極３２Ｌ、３２Ｒにおいて測定した電圧に基づいて、利用者の生体インピーダンスを取得する。この生体インピーダンス値を、利用者は、操作部２２を用いて、運動前の状態の生体インピーダンス値として設定し、記憶部１４に記憶させる。
【００５４】
運動状態については、その利用者が屈伸運動として十分に深く膝を曲げた状態として設定したい状態まで、膝を曲げたところで静止し、再度、生体インピーダンスの取得を行う。この生体インピーダンス値を、利用者は、操作部２２を用いて、運動状態の生体インピーダンス値（第２生体インピーダンス値）として設定し、記憶部１４に記憶させる。
【００５５】
なお、所定状態は、必ずしも直立状態を意味するものではなく、運動の種類に応じて任意の状態を設定することができる。例えば、図３の膝の屈伸運動の場合、直立姿勢に代えて、膝を曲げきった状態を所定状態に設定してもよい。
【００５６】
つづいて、生体情報の取得を行う（ステップＳ１０３）。体重については、各ロードセル６０（６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ）における起歪体６３の変形を歪みゲージ６５が電気抵抗値の変化として出力し、アンプ７１、７２、７３、７４でそれぞれ増幅した後に、Ａ／Ｄ変換回路８１、８２、８３、８４でそれぞれデジタル信号に変換し、記憶部１４に予め記憶されたプログラムに従って、利用者の体重を算出する。体重以外の対脂肪率等の生体情報については、この運動測定モードにおいては特段取得する必要はないため、その取得処理は行わなくてもよい。
【００５７】
次に、制御回路１２は、運動回数のカウント数をゼロにセットし（ステップＳ１０４）、その後、表示部２１に運動を開始可能であることを示す画面を表示させる（ステップＳ１０５）。利用者は、この画面確認後、運動を開始する。
【００５８】
生体測定装置１０は、運動開始表示後、利用者の生体インピーダンス測定を連続的に行う。連続的に取得された生体インピーダンス値は、計時部１７から取得した測定時間に対応させて、記憶部１４に記憶される。
【００５９】
連続的に取得する生体インピーダンス値が、初期設定で設定済の運動状態の生体インピーダンス値（第２生体インピーダンス値）に至った後、初期設定で設定済の運動前の生体インピーダンス値（第１生体インピーダンス値）に戻った場合には、膝を所定の深さまで１回曲げたものと判別して、カウント数を１だけ増加する（ステップＳ１０６）。これに対して、連続的に取得する生体インピーダンス値が、運動状態の生体インピーダンス値に至らない場合や、それに至った後に運動前の生体インピーダンス値に戻らない場合には、膝を所定の深さまで曲げていないものと判別して、カウント数を増加させない。
【００６０】
なお、カウント数が増えるときと、カウント数が増えないとき、のように運動条件を満たす運動状態か否かを、利用者に対して告知する告知手段を設けると、運動意欲を高めることができ、又は、運動中にその状態をリアルタイムに把握することができるため好ましい。告知手段としては、例えば、効果音や音声アナウンスを発するようなスピーカ部（図に示さず）や、光を発する発光部（図に示さず）を設けてもよいし、表示部２１において表示を行うこと等が挙げられる。
【００６１】
制御回路１２は、運動開始後、カウント数が運動条件設定で定めた目標回数に到達したか否かを判別する（ステップＳ１０７）。目標回数に至らない場合は（ステップＳ１０７でＮＯ）、カウント数の監視を繰り返す。
【００６２】
これに対して、カウント数が目標回数に到達した場合（ステップＳ１０７でＹＥＳ）は、表示部２１に、運動条件が満たされ、目標回数に到達したことが表示される。このとき、制御回路１２は、体重値や総カウント数に基づいて、演算部１６（運動エネルギー演算部）に、利用者が消費した運動エネルギー（消費カロリー）を算出させる（ステップＳ１０８）。ここで、運動エネルギー（消費カロリー）は、運動の種類、回数に応じて算出される。算出プログラムは予め記憶部１４に記憶されている。さらに、制御回路１２は、体重値や算出された運動エネルギー（消費カロリー）を表示部２１に表示させる（ステップＳ１０９）。
【００６３】
図３では、屈伸運動を例に挙げたが、生体測定装置１０では、膝の屈伸運動以外に、例えば、腕の屈伸運動である腕立て伏せ、バランス運動、足上げ運動の測定に用いることができる。利用者は、このような運動について、運動状態をリアルタイムに正確に把握することができる。
【００６４】
例えば腕立て伏せのような運動を行う場合には、本体２０上に利用者が電極部材３０に接触するように手を突き立て、足は本体２０外についた状態で、腕を屈伸すればよく、その他の具体的処理は、前述した膝の屈伸運動の場合と同様に行うことができる。
【００６５】
また、通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒから足を離さずに体重移動を行うバランス運動の場合は、通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒを用いて互いの電極同士が導通していることを監視しつつ生体インピーダンスを取得するとともに、制御回路１２は、各ロードセル６０からの出力値を互いに比較して、出力値の大小によって、本体２０上における利用者のバランスを判別することができる。バランス運動の場合は、例えば、直立姿勢を所定状態とし、最も大きく身体を傾けたときのロードセル６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄからの出力値の分布を運動状態として設定すればよい。
【００６６】
一方、足上げ運動のように、一時的又は連続的に、電極部材３０の一部から足を離す運動の場合は、例えば、両足を通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒに載せて直立した状態を所定状態とし、運動状態については、運動の内容に応じて任意に設定すればよい。また、通電電極３１Ｌ、３１Ｒ、測定電極３２Ｌ、３２Ｒを用いて、一対の電極同士が導通していることを監視することによって、いずれかの足を上げていることを判別することができる。または、一対の通電電極同士が導通していないことによって、測定電極において電圧降下がなく、生体インピーダンスが算出されないことをもって、少なくとも一方の足が上げられていることを判別するようにしてもよい。
【００６７】
以上のように構成されたことから、上記実施形態によれば、次の効果を奏する。
（１）運動状態測定装置に載って運動しつつ運動状態を把握することができるため、リアルタイムで正確な運動状態観察を行うことができる。
（２）測定前の設定は利用者自身で簡便に行うことができる。
（３）従来の生体測定装置の機能の一部を利用できるため、低コストかつコンパクトな装置とすることができる。
（４）運動状態を記憶部１４に記憶しておけば、別の機会の運動状態と比較することもできる。
（５）運動状態の測定とともに生体情報の取得も可能であることから、運動の効果を直ちに知ることができる。
【００６８】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。例えば、上記の実施形態においては、主として床面に接地して使用する運動状態測定装置及び生体測定装置について説明したが、利用者が両手又は片手で把持して持ち上げた状態で使用し、その状態での腕の屈伸運動を測定可能な構成としてもよい。また、上記の実施形態では、重量検知手段としての４つのロードセル６０を、本体２０の四隅に配置する構成を示したが、さらに正確な体重バランスの判別を可能とするために、例えば、本体２０の前後左右にも配置して、計８つのロードセルを設ける構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施形態に係る生体測定装置の構成を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る生体測定装置の体重測定及び生体情報取得に関する制御系統を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態に係る生体測定装置を用いた運動状態の判別及び生体情報の取得の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７０】
１０ 生体測定装置（運動状態測定装置）
１２ 制御回路
１３ 電流発生回路
１４ 記憶部
１５ 電圧検出回路
１６ 演算部（生体インピーダンス算出部、状態判別部、バランス判別部、運動エネルギー演算部）
１７ 計時部
１８ 電源部
２０ 本体
２０ａ カバー部材
２０ｂ 底板部材
２０ｂ１、２０ｂ２、２０ｂ３、２０ｂ４ 孔部
２１ 表示部
２２ 操作部（運動設定部）
２３ フットスイッチ
３０ 電極部材
３１Ｌ 通電電極
３１Ｒ 通電電極
３２Ｌ 測定電極
３２Ｒ 測定電極
４０ フレーム部材
４１ 取付凹部
４２ 円形孔部
６０ ロードセル（重量検知部）
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ ロードセル
６１ 起歪体
６３ 歪みゲージ
６５ 脚部
６７ ねじ
６９ スペーサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者に接触して電流を供給する通電電極と、
前記通電電極から供給されて前記利用者の体内を流れる電流の電圧を取得する測定電極と、
前記通電電極から供給される電流値、及び、前記測定電極において測定される電圧値から前記利用者の生体インピーダンスを算出する生体インピーダンス算出部と、
所定状態の前記利用者の第１生体インピーダンス値、及び、前記所定状態とは別の運動状態の前記利用者の第２生体インピーダンス値に基づいて、前記運動状態を判別する状態判別部と、を有すること
を特徴とする運動状態測定装置。
【請求項２】
前記運動状態を含む運動条件を設定する運動設定部を備え、
前記状態判別部は、前記利用者について算出される生体インピーダンスと、前記第１生体インピーダンス値及び前記第２生体インピーダンス値と、を比較することにより、前記運動状態が前記運動条件を満たすか否かの判別をすることを特徴とする請求項１に記載の運動状態測定装置。
【請求項３】
前記利用者に対して、前記運動条件を満たすこと、及び／又は、前記運動条件を満たしていないこと、を告知する告知手段を有することを特徴とする請求項２に記載の運動状態測定装置。
【請求項４】
前記利用者が消費した運動エネルギーを算出する運動エネルギー演算部と、前記運動エネルギー演算部による算出結果を表示する表示部と、を備えることを特徴とする請求項２及び請求項３に記載の運動状態測定装置。
【請求項５】
前記運動状態は、膝を曲げた状態であること、腕を曲げた状態であること、及び、片足を上げた状態であること、のうちいずれか１以上を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１に記載の運動状態測定装置。
【請求項６】
運動状態測定装置の上に載った前記利用者の重量を検知する複数の重量検知部を備え、前記重量検知部のそれぞれの検知結果を比較することによって、前記利用者の体重移動を判別するバランス判別部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１に記載の運動状態測定装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１に記載の運動状態測定装置と、
前記利用者の第１生体情報を設定する生体情報設定部と、
前記第１生体インピーダンス値又は前記第２生体インピーダンス値、及び、前記第１生体情報に基づいて、第２生体情報を算出する演算部と、を備えること
を特徴とする生体測定装置。
【請求項１】
利用者に接触して電流を供給する通電電極と、
前記通電電極から供給されて前記利用者の体内を流れる電流の電圧を取得する測定電極と、
前記通電電極から供給される電流値、及び、前記測定電極において測定される電圧値から前記利用者の生体インピーダンスを算出する生体インピーダンス算出部と、
所定状態の前記利用者の第１生体インピーダンス値、及び、前記所定状態とは別の運動状態の前記利用者の第２生体インピーダンス値に基づいて、前記運動状態を判別する状態判別部と、を有すること
を特徴とする運動状態測定装置。
【請求項２】
前記運動状態を含む運動条件を設定する運動設定部を備え、
前記状態判別部は、前記利用者について算出される生体インピーダンスと、前記第１生体インピーダンス値及び前記第２生体インピーダンス値と、を比較することにより、前記運動状態が前記運動条件を満たすか否かの判別をすることを特徴とする請求項１に記載の運動状態測定装置。
【請求項３】
前記利用者に対して、前記運動条件を満たすこと、及び／又は、前記運動条件を満たしていないこと、を告知する告知手段を有することを特徴とする請求項２に記載の運動状態測定装置。
【請求項４】
前記利用者が消費した運動エネルギーを算出する運動エネルギー演算部と、前記運動エネルギー演算部による算出結果を表示する表示部と、を備えることを特徴とする請求項２及び請求項３に記載の運動状態測定装置。
【請求項５】
前記運動状態は、膝を曲げた状態であること、腕を曲げた状態であること、及び、片足を上げた状態であること、のうちいずれか１以上を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１に記載の運動状態測定装置。
【請求項６】
運動状態測定装置の上に載った前記利用者の重量を検知する複数の重量検知部を備え、前記重量検知部のそれぞれの検知結果を比較することによって、前記利用者の体重移動を判別するバランス判別部を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１に記載の運動状態測定装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１に記載の運動状態測定装置と、
前記利用者の第１生体情報を設定する生体情報設定部と、
前記第１生体インピーダンス値又は前記第２生体インピーダンス値、及び、前記第１生体情報に基づいて、第２生体情報を算出する演算部と、を備えること
を特徴とする生体測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１０−１１９３８（Ｐ２０１０−１１９３８Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７２８５９（Ｐ２００８−１７２８５９）
【出願日】平成２０年７月２日（２００８．７．２）
【出願人】（０００１３３１７９）株式会社タニタ (303)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月２日（２００８．７．２）
【出願人】（０００１３３１７９）株式会社タニタ (303)
【Ｆターム（参考）】
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